JPS6395360A - 半導体式加速度センサ - Google Patents

半導体式加速度センサ

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JPS6395360A
JPS6395360A JP61240427A JP24042786A JPS6395360A JP S6395360 A JPS6395360 A JP S6395360A JP 61240427 A JP61240427 A JP 61240427A JP 24042786 A JP24042786 A JP 24042786A JP S6395360 A JPS6395360 A JP S6395360A
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JP
Japan
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acceleration sensor
vertical
free end
ground
semiconductor
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JP61240427A
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JPH0577986B2 (ja
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Hirohito Shiotani
塩谷 博仁
Toshitaka Yamada
山田 利貴
Masato Imai
正人 今井
Chiaki Mizuno
千昭 水野
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体式加速度センサの取付は構造に関する
〔従来の技術〕
従来、振動や加速度を検知するのに一般的に用いられて
いる構造としては、第4図の斜視図に示すように半導体
基板20に半導体歪ゲージの形成される薄肉状のダイヤ
フラム部21を形成し、一方の厚肉部である支持体22
を台座30に接着固定し、他方の厚肉部を自由端23と
して、半導体歪ゲージの抵抗値変化に応じて被測定力を
検知するカンチレバー型の半導体式加速度センサ等が知
られている。尚、第4図では自由端23の質量を増して
慣性を大きくするために自由@23に負荷24が接着さ
れている。又、被検出力の方向は矢印40の方向である
〔発明が解決しようとする問題点〕
そして上記のような半導体式加速度センサを第4図に示
すように、その長手方向が重力の加わる方向、すなわち
大地に対する鉛直方向に平行になるように固定した場合
、ダイヤフラム部21を通る長手方向における軸x1と
一自由端23と負荷24との重心から重力の加わる方向
に伸びた軸X2との間には距離lだけのずれがあり、半
4体式加速度センサに大地に対する鉛直方向の振動が加
わるとモーメントが働き、自由端23が矢印40の方向
に変位し、ダイヤフラム部21が曲がってしまい、被検
出力だけによる真の変位分に誤差が加わり、その誤差に
応じた電気信号がノイズとして検出され、半導体式加速
度センサのS (Signal)/N (Noise 
)比が悪化してしまう。
そこで本発明は、上記の点に鑑みなされたものであって
、半導体式加速度センサに大地に対する鉛直方向の振動
が加わった場合に、その影響を極力低減し、S/N比の
向上を目的としている。
C問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成する為に本発明は、半導体歪ゲージを
有する薄肉状のダイヤフラム部と、厚肉部とを備え、一
方の厚肉部である支持体を固定し、他方の厚肉部を自由
端とした半導体式加速度センサであって、該半導体式加
速度センサの長手方向が水平方向が水平方向であり、且
つ、幅方向が鉛直方向となるように前記支持体を固定し
た事を特徴とする半導体式加速度センサを採用している
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例であり、同図(alにその上
面図、同図(blに同図(alにおけるB−B線断面図
を示す。図において、100は厚膜印刷基板であり、後
述する電気素子200、カンチレバー4aと台座6とか
ら成るセンサエレメント等をその基板上に設置し、それ
らを電気的に配線している。
600はセラミックキャップであり、接着剤等により厚
膜印刷基板100に気密性良く接着され、そのセラミッ
クキャップ600内には厚膜印刷基板100上に設置し
たセンサエレメント、端子500、端子500とカンチ
レバー43の後述するパッド部11b2との電気接続を
するためにワイヤボンディングされるワイヤ線300.
ダンピング?(100を備えている。ダンピング液40
0はシリコンオイル等から成り、粘性抵抗力による減衰
作用を利用して機械的なハイカットフィルタとして用い
ている。ここで、温度変化によるダンピング液400の
膨張・収縮を吸収するためにセラミックキャップ600
内には空気900を同封してあり、又、ダンピング液4
00の波立ちによる悪影響を低減するためにセラミック
キャップ600には隔壁601が設けられている。
次に、カンチレバー4a及び台座6により成るセンサエ
レメントについて、第2図(alに示すその上面図、及
び第2図(b)に示す同図(a)におけるA−A線断面
図を用いて説明する。図において、4aは例えばN型シ
リコン単結晶基板から成るカンチレバーであり、薄肉状
のダイヤフラム部7、自由端l、自由端1を保護する為
に自由端1の周りに配=するガード部4a1、支持体8
とから成る。
尚、自由端1とガード部4alとの間隙4a2を形成す
る為のスクライブはカンチレバー4aを両面エツチング
する事により行われ、例えば、カンチレバー4aのスク
ライブする箇所の表面(第2図(′b)における上面)
を予め溝堀リエフチングしておき、その後のダイヤフラ
ム部7の形成時に裏面よりエツチングを行なう事でダイ
ヤフラム部7の形成とスクライブとを同時に行なう。
支持体8及びガード部4alの所定領域の表面にはNi
1i等をめっき又は蒸着した下地N3bが形成されてお
り、同じく下地13bの形成されている台座6と半田F
f5bを介して接着している。
尚、台座6にはカンチレバー4aが被測定加速度に応じ
て変位できるように、又、過度の変位によって破損しな
いようにカンチレバー4aと相対する面に所定の深さの
凹部6aが形成されており、又、その凹部6aはダンピ
ング液400がセンサエレメントを自由に出入りする事
ができるように一方の端面から他方の端面にわたって形
成されている。
自由端lの一生面(接着面)2には複数箇所(図では7
箇所)に下地N3 aが形成されており、その下地層3
aを介して負荷としての半田層5aを接着している。こ
こで、本例のように半田層5aを複数箇所に形成する事
により半田の垂れ、片寄りは抑制される。尚、下地N3
a及び半田層5aは、支持体8又はガード部4alの表
面上に形成される下地1’W3b及び半田Ji5bとそ
れぞれ同時に同じ工程で形成可能である。
ダイヤフラム部7内あるいはダイヤフラム部i上(図は
前者)には公知の半導体加工技術、例えばボロン等のP
型不純物を熱拡散又はイオン注入する事によりダイヤフ
ラム部7内に導入し、形成した4個の半導体歪ゲージ9
が存在しており、P型不純物を高濃度で導入して形成し
た配線層11a、及びAl蒸着膜等から成る配線部材1
1bにより各々の半導体歪ゲージ9は互いに電気的接続
されておりフルブリッジを構成している。尚、配線N1
1aは万一ダイヤフラム部7が破損した場合に半導体式
加速度センサの出力として異常信号を出せるように自由
端1にまで延在して形成されており、又、図中lOはシ
リコン酸化膜等の保護膜、11b1は配線層11aと配
線部材11bとのコンタクト部、11b2はパッド部で
ある。
そして、上記のセンサエレメントは、自由端1に加速度
を加えるとダイヤフラム部7に歪を生じ、加速度の大き
さに応じて半導体歪ゲージ9の抵抗値が変化し、ブリッ
ジ回路に予め電圧を印加してお(ことによりブリッジ出
力として不平衡電圧を生じ、その電圧値に応じて被検出
加速度を検知するものであり、半田等により厚膜印刷基
板100に台座6をその長手方向が第1図中矢印方向に
直交するように接着する事によって固定している。
第1図において、200は電気素子であり、センサエレ
メントからの電気信号を増幅する高利得増幅回路を構成
しており、端子500、厚膜印刷基板100上のパッド
部101と電気的に接続している。800は金属製のケ
ースであり、センサエレメント、高利得増幅回路等をE
MI(電磁障害)等から保護している。又、ケース80
0には貫通孔が開けられており、その貫通孔にリード端
子700がガラス等を介してケース800との電気的絶
縁を保ちつつ気密性良く存在している。又、リード端子
700とパッド部101とはワイヤ線300により電気
的接続されており、ケース800外部との電気的接続を
このリード端子700により行っている。そして、第1
図中矢印方向を上方向、すなわち大地に対する鉛直方向
として例えば自動車等における装置に組み付け、第1図
において紙面に垂直な方向の加速度を検出する。
そこで上記実施例によると、第3図の第1図におけるカ
ンチレバー4aの要部拡大斜視図に示すように、大地に
対する水平方向yにカンチレバー4aの長手方向が等し
くなっており、又、大地に対する鉛直方向Xにカンチレ
バー4aの幅方向が等しくなるように配置している。尚
、本発明の言う長手方向とは支持体8からダイヤフラム
部7、自由端1に向かう方向、あるいはその逆方向の事
であり、幅方向とはカンチレバー4aをその長手方向に
垂直な平面で切った場合に、その断面四辺形の長辺の向
く方向である。又、本発明の言う水平方向、鉛直方向は
大地を基準として考えている。
そして、と記のようにカンチレバー4aが配置する事に
より、例えば自動車が凸凹道を通り、カンチレバー4a
が大地に対する鉛直方向Xに振動を受けた場合、ダイヤ
フラム部7を通る長手方向における軸y1と、自由端1
と負荷としての半田11i5aとの重心から重力の加わ
る方向に伸びた軸xよとはある間隔をもって垂直な関係
となっている。その為、鉛直方向Xの振動によってダイ
ヤプラム部7の受ける応力は自由端1の上方向のねじれ
による力となる。ここで、同じ力を加えた場合、曲げと
ねじれではねじれの方が図中Z方向(被検出加速度の加
わる方向)における変位が当然小さくなるので、従来と
比較して本実施例は大地に対する鉛直方向Xに振動を受
けたとしても、その影響は低減される事がわかる。
又、本実施例によると同一の厚膜印刷基板100上にセ
ンサエレメント及び高利得増幅回路が設置されており、
従来では各々の基板あるいはケースに設置し、その両者
の接続をプリント板等によって行っていたのに対し、そ
のプリント板を不用にし、小型の半導体式加速度センサ
を提供できる。
次に、第5図を用いて本発明者らの実験結果を示す。第
5図(a)の斜視図に半導体式加速度センサを台座30
に取り付けた状態を示す。尚、半導体式加速度センサと
しては第4図に示す従来のものと同様のものであり、そ
の取り付は角度を台座30の一主面31に対する鉛直方
向x4を0″として、その軸からの半導体式加速度セン
サのずれ角′度をθ0とし、その時に鉛直方向x4にI
Gの加速度を加えた際の半導体式加速度センサの出力の
大きさを検出した。ただし、θ″−0°で図中矢印方向
41 (被測定加速度の方向に相応する)にIGの加速
度を加えたときの出力の大きさを100%としている。
第5図(blがその結果を示すグラフであり、従来(θ
”=O’)では約18%(0゜18G)の出力(この値
はノイズに相応する)がでてしまうのに対し、本発明(
θ0=90°、270’)では約3%(0,03G)だ
けの出力がでる事になり、S/N比が6倍向上した事を
示している。
尚、本発明は上記実施例に限定される事なく、その主旨
を逸脱しない限り種々変形可能であり、例えば、第1図
における実施例では自由端1に負荷としての半田N5 
aが接着しているが、半田以外の他の負荷を接着しても
よい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によると、半導体式加速度セン
サの長手方向が大地に対して水平方向であり、且つ、そ
の幅方向が鉛直方向となるように支持体を固定している
ので、大地に対して鉛直方向の振動が加わった場合に、
自由端はねじりによって変位するだけであるので、その
影響を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(alは本発明の一実施例の上面図、第1図(b
)は同図(a)におけるB−B線断面図、第2図(a)
は第1図におけるセンサエレメントの上面図、第2図(
b)は同図[a)におけるA−A線断面図、第3図は第
1図におけるカンチレバーの要部拡大斜視図、第4図は
従来技術の半寡体式加速度センサの斜視図、第5図(a
)は本発明者らが行った実験を説明するための半導体式
加速度センサの斜視図、第5図(b)は実験結果を示す
グラフである。 1・・・自由端、4a・・・カンチレバー、5a・・・
半田層、6・・・台座、7・・・ダイヤフラム部、8・
・・支持体。 9・・・半導体歪ゲージ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体歪ゲージを有する薄肉状のダイヤフラム部
    と、厚肉部とを備え、一方の厚肉部である支持体を固定
    し、他方の厚肉部を自由端とした半導体式加速度センサ
    であって、該半導体式加速度センサの長手方向が水平方
    向が水平方向であり、且つ、幅方向が鉛直方向となるよ
    うに前記支持体を固定した事を特徴とする半導体式加速
    度センサ。
  2. (2)上記自由端は、負荷を接着したものである特許請
    求の範囲第1項記載の半導体式加速度センサ。
JP61240427A 1986-10-09 1986-10-09 半導体式加速度センサ Granted JPS6395360A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61240427A JPS6395360A (ja) 1986-10-09 1986-10-09 半導体式加速度センサ

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JP61240427A JPS6395360A (ja) 1986-10-09 1986-10-09 半導体式加速度センサ

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Publication Number Publication Date
JPS6395360A true JPS6395360A (ja) 1988-04-26
JPH0577986B2 JPH0577986B2 (ja) 1993-10-27

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ID=17059321

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JP61240427A Granted JPS6395360A (ja) 1986-10-09 1986-10-09 半導体式加速度センサ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824608A (en) * 1995-06-27 1998-10-20 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor physical-quantity sensor and method for manufacturing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824608A (en) * 1995-06-27 1998-10-20 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor physical-quantity sensor and method for manufacturing same

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JPH0577986B2 (ja) 1993-10-27

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